采空區(qū)瓦斯流動(dòng)與抽采的LBM方法研究.pdf

1、采空區(qū)瓦斯是影響煤礦安全生產(chǎn)的主要因素之一，采空區(qū)瓦斯的防治工作是煤礦安全工作的重中之重，計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬為采空區(qū)瓦斯防治工作提供了重要的技術(shù)手段。本文針對(duì)采煤工作面瓦斯治理中存在的采空區(qū)瓦斯涌出超限問(wèn)題，采取理論分析與數(shù)值模擬的方法，通過(guò)研究采空區(qū)覆巖冒落特征及多孔介質(zhì)滲透系數(shù)分布規(guī)律，應(yīng)用LBM數(shù)值模擬方法，編寫matlab程序，模擬了采空區(qū)瓦斯流動(dòng)及分布情況，并對(duì)地面鉆孔采空區(qū)瓦斯抽采過(guò)程進(jìn)行了模擬，獲得了不同時(shí)步內(nèi)采空區(qū)瓦斯的涌出

2、量和濃度分布圖，實(shí)現(xiàn)了采空區(qū)瓦斯產(chǎn)能預(yù)測(cè)。
　　本文應(yīng)用LBM隨機(jī)配置生成法，根據(jù)采空區(qū)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)定不同的孔隙率，生成采空區(qū)流場(chǎng)，解決了真實(shí)采空區(qū)結(jié)構(gòu)難以獲得的問(wèn)題。采用LBM單松弛D2Q9模型，編寫程序模擬了瓦斯在采空區(qū)中的滲流，得到任意時(shí)步采空區(qū)氣體的速度值，獲得了采空區(qū)內(nèi)氣體的詳細(xì)流線圖、速度矢量圖，較準(zhǔn)確的展現(xiàn)了瓦斯不同時(shí)間步采空區(qū)內(nèi)的詳細(xì)情況，解決了傳統(tǒng)計(jì)算流體力學(xué)方法難以解決的問(wèn)題;待流動(dòng)穩(wěn)定后，將格子Boltzma

3、nn方法模擬所得的結(jié)果與根據(jù)達(dá)西定律計(jì)算出的結(jié)果對(duì)比，誤差極小，證實(shí)了所開(kāi)發(fā)程序的模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，為瓦斯在采空區(qū)內(nèi)的滲流模擬提供了新的思路和方向。
　　利用LBM多相多組分流體的偽勢(shì)模型，采用D2Q9格子模型，程序模擬了兩組分氣體在周期性邊界條件下的擴(kuò)散流動(dòng)，得到了不同時(shí)步流場(chǎng)內(nèi)的氣體的密度分布圖、濃度分布圖，較準(zhǔn)確的展現(xiàn)了兩組分氣體不同時(shí)步在流場(chǎng)內(nèi)擴(kuò)散流動(dòng)的詳細(xì)情況，驗(yàn)，證了質(zhì)量守恒定律，證實(shí)了所開(kāi)發(fā)程序的模擬結(jié)果是準(zhǔn)確的;在

4、原模擬基礎(chǔ)上，通過(guò)優(yōu)化權(quán)系數(shù)，重新模擬流體擴(kuò)散流動(dòng)，大大削弱了虛假速度。LBM偽勢(shì)模型直接對(duì)流體分子間的微觀相互作用力進(jìn)行了描述，反映了多組分流體動(dòng)力學(xué)的物理本質(zhì)，為模擬采空區(qū)內(nèi)瓦斯空氣混合氣體擴(kuò)散運(yùn)移探提供了新的方法。
　　本文以地面鉆孔抽采采空區(qū)瓦斯作為所要研究的問(wèn)題，根據(jù)質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒以及朗格繆爾吸附方程對(duì)現(xiàn)有的格子Boltzmann滲流模型做出改進(jìn)，使其能用于解決包含吸附解吸的瓦斯?jié)B流問(wèn)題;采用Matlab語(yǔ)言開(kāi)發(fā)程序